多孔结构及其制造方法技术

本公开允许更受控制地修改至快速制造技术（RMT）机器的输入数据，以通过执行与输入数据相反的效果来补偿制造过程的系统误差，诸如方向构建差异。通过使得对整个结构的全局缩放效果与对某些部分的期望局部效果之间解除联系，在最小化在结构的其它部分中引入的不希望变形的情况下实现所述修改。

Porous structure and manufacturing method thereof

This disclosure allows more controlled modifications to the rapid manufacturing technology (RMT) input data of the machine, the system error through the implementation effect and input data instead to compensate the manufacturing process, such as the direction of constructing differences. Lift the link between global zoom by making the effect of the whole structure and some parts of the local implementation of the expected effect, changes in other parts of the structure introduced in minimizing don't want deformation condition.

【技术实现步骤摘要】
多孔结构及其制造方法
本公开总体涉及通过快速制造技术生产的多孔结构及其制造方法，更具体地，本公开涉及补偿多孔结构的制造过程中的系统误差。
技术介绍
某些医疗植入物和矫形植入物需要用于承重目的的强度和促进骨/组织内生长的多孔性。例如，许多矫形植入物包括提供支架结构以在愈合期间促进骨内生长的多孔部段和意在使患者更快速地行走的承重部段。快速制造技术（RMT），尤其是直接金属制造（DMF）和实体自由成型制造（SFF），已被用于生产金属泡沫，金属泡沫被用于医疗植入物或医疗植入物的部分中。一般而言，RMT方法允许通过3DCAD模型来构建结构，包括棋盘格形/三角形实体和平滑实体。例如，DMF技术利用粉末每次一层地生产三维结构，通过利用诸如激光或电子束的能量源辐射一层粉末来固化所述粉末。通过应用以光栅扫描方式指向粉末层的选定部分的能量源，粉末熔融、熔化或被烧结。在熔融一个粉末层中的图案之后，配给另一层粉末，并且重复所述过程，在层之间进行熔融，直到完成期望的结构。尽管DMF可用于提供足够坚固以用作医疗植入物中的承重结构的致密结构，但常规使用的多孔结构采用具有均匀、非随机且规则的特征的布置，该特征产生三维多孔结构的支柱横穿所在的脆弱区域。国际申请PCT/US2010/046022、PCT/US2010/046032和PCT/U52010/056602的公开内容通过提供制造三维多孔结构的有效方法和结构自身来解决这些缺点，所述结构自身具有随机化的支架结构，所述支架结构提供在不损害强度的前提下的改进的多孔性、包括元件之间的无缝接头的改进的强度、改进的连接性以及梁特征。国际申请PCT/US2010/046022、PCT/US2010/046032和PCT/U52010/056602的全部公开内容通过引用合并于本文。但是，RMT构建过程常常不根据设计输入精确地形成多孔结构。具体地，由于快速制造机器的构建过程的方向性，在X-Y平面中构建的物体未必与在Y-Z或X-Z平面中构建的看起来一样。当构建过程在定向在X-Y平面内的层中进行绘制时，Z维度（或竖直方向）更难以控制。换言之，应该与X-Y平面内的另一孔口具有类似的形状和大小的定向在X-Z平面内的孔口在被构建时具有稍微不同的形状和大小。尽管在许多情形中通常忽略了此差异，但当构建的结构本身相当小（诸如用于生物内生长的结构）时，这是相当明显的。由RMT构建过程导致的在用于生物内生长的结构中的微小差异可导致不能最佳地达到其目的的结构。例如，所述结构可包括由于比说明书规定的更薄或更细长而倾向于发生故障的支柱，或者所述结构由于支柱比规定的更厚而与更薄或更细长的支柱一样不会具有最佳的孔隙度。鉴于以上，仍需要有效的方法来解决由RMT过程或受到类似方向差异影响（例如，受相对靠近热源/散热器或逐层构建方法影响）的其它制造过程构建的结构的方向差异，尤其是用于生物内生长的结构的方向差异。
技术实现思路
本公开的一个方面在于，通过在RMT设备的构建过程期间修改影响差异的相对于热源/散热器结构的特征来补偿RMT设备的构建过程中的方向差异。本公开的另一方面在于提供使得在一个平面中构建的结构的特征具有与在RMT设备中在另一平面中构建的特征具有类似的形状和尺寸的方法。本公开的另一方面提供具有已经补偿RMT设备的构建过程中的方向差异的特征的结构。根据本公开的一个方面，提供一种用于制造多孔结构的方法，所述方法包括步骤：产生多孔结构的模型，所述产生步骤包括步骤限定所述多孔结构的至少一个支柱的步骤，其中，所述支柱包括第一节点、第二节点、以及在所述第一节点和所述第二节点之间的主体；向所述支柱分配局部坐标系，所述局部坐标系具有垂直于第一平面的法向向量的至少一个方向；沿所述至少一个方向修改所述至少一个支柱的尺寸，所述修改步骤不会在所述第一平面中产生任何改变；以及根据模型通过使可熔材料暴露于能量源来制造多孔结构。在一个实施例中，所述修改步骤包括步骤：将所述支柱的三维体积投影到所述第一平面，使得所述第一节点和第二节点处于所述第一平面中；向所述支柱的所述尺寸应用缩放因数；将投影在所述第一平面中的所述三维体积投影回初始位置。在另一实施例中，所述修改步骤不会改变所述第一节点和所述第二节点中的至少一个的位置。在一个实施例中，缩放因数至少基于在用于将可熔材料暴露于能量源的机器中待被补偿的误差。在另一实施例中，第一平面包括所述机器的构建平面。在另一实施例中，缩放因数至少基于相对于所述构建平面的距离而改变。在另一实施例中，所述尺寸选自由厚度和长度构成的组。根据本公开的另一方面，提供一种用于制造多孔结构的方法，所述方法包括步骤：产生多孔结构的模型，所述产生步骤包括步骤限定所述多孔结构的至少一个支柱的步骤，其中，所述支柱包括第一节点、第二节点、以及在所述第一节点和所述第二节点之间的主体；向所述支柱分配局部坐标系，所述局部坐标系具有垂直于第一平面的法向向量的至少一个方向；在所述第一平面中修改所述支柱的尺寸；以及根据模型通过使可熔材料暴露于能量源来制造多孔结构。在一个实施例中，修改步骤包括步骤：将所述局部坐标系转换到所述第一平面的坐标系；向所述支柱的所述尺寸应用缩放因数；将所述第一平面的所述坐标系转换到所述局部坐标系。在另一实施例中，修改步骤包括步骤：向所述支柱分配与至少一个新节点相关的额外局部坐标系；将在所述局部坐标系和所述额外局部坐标系中的所述支柱转换到所述第一平面的坐标系；向所述支柱的所述尺寸应用缩放因数，所述缩放因数至少对应于所述额外局部坐标系；将在所述第一平面的所述额外坐标系中的支柱转换到所述局部坐标系。在一个实施例中，所述修改步骤至少基于在用于将可熔材料暴露于能量源的机器中待被补偿的误差。在另一实施例中，所述第一平面包括所述机器的构建平面。在另一实施例中，所述缩放因数至少基于相对于所述第一平面的距离而改变。在另一实施例中，所述尺寸选自由厚度和长度构成的组。当结合附图阅读以下详细描述时，其它优点和特征将显而易见。以上相当概要地概括了本专利技术的特征和技术优点，以便可以更好地理解本专利技术的以下详细描述。下文将描述形成本专利技术的权利要求的主题的本专利技术的额外特征和优点。本领域技术人员应该明白，所公开的构思和具体实施例可容易地用作修改或设计用于执行本专利技术的相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应该意识到，这类等价构造不脱离所附权利要求所述的本专利技术的精神和范围。当结合附图考虑以下描述时，将更好地理解被认为是本专利技术的特点（关于其构成和操作方法）及其它目的和优点的新颖特征。但是，应该清楚地理解，每个附图是仅为图示和描述目的而给出的，并非意在用作限制本专利技术的限定。附图说明为了更全面地理解所公开的方法和设备，应该参考在附图中更详细地图示的实施例，在附图中：图1A和1B图示仿射缩放对多孔结构的示例性作用；图2图示根据本公开的一些方面的具有与机器坐标系相独立的局部坐标系的支柱；图3图示根据本公开的一些方面来缩放支柱的第一实施例；图4图示根据本公开的一些方面来缩放支柱的第二实施例；图5图示根据本公开的一些方面来缩放支柱的第三实施例；图6和7图示实现图5的第三实施例的示例性方法；图8A图示结构的XY平面；图8B是放大25倍的多孔结构的部分的XY平面（如图8A所示）的扫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造多孔结构的方法，所述方法包括以下步骤：a. 产生多孔结构的模型，所述产生步骤包括如下步骤：限定所述多孔结构的至少一个支柱，其中，所述至少一个支柱包括第一节点、第二节点、以及在所述第一节点和所述第二节点之间的主体；b. 向所述至少一个支柱分配局部坐标系，所述局部坐标系具有垂直于第一平面的法向向量的至少一个方向；c. 沿所述至少一个方向修改所述至少一个支柱的尺寸，其中，所述修改步骤不会在所述第一平面中产生任何改变；以及d. 根据所述模型通过使可熔材料暴露于能量源来制造所述多孔结构。

【技术特征摘要】
2012.01.24 US 61/5902211.一种用于制造多孔结构的方法，所述方法包括以下步骤：a.产生多孔结构的模型，所述产生步骤包括如下步骤：限定所述多孔结构的至少一个支柱，其中，所述至少一个支柱包括第一节点、第二节点、以及在所述第一节点和所述第二节点之间的主体；b.向所述至少一个支柱分配局部坐标系，所述局部坐标系具有垂直于第一平面的法向向量的至少一个方向；c.沿所述至少一个方向修改所述至少一个支柱的尺寸，其中，所述修改步骤不会在所述第一平面中产生任何改变；以及d.根据所述模型通过使可熔材料暴露于能量源来制造所述多孔结构。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述修改步骤不改变所述第一节点和所述第二节点中的至少一个的位置。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一平面包括所述机器的构建平面。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述尺寸选自由厚度和长度构成的组。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述修改步骤包括如下步骤：将所述至少一个支柱的三维体积投影到所述第一平面，使得所述第一节点和第二节点处于所述第一平面中；向所述至少一个支柱的所述尺寸应用缩放因数；以及将投影在所述第一平面中的所述三维体积投影回初始位置。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述缩放因数至少基于在用于将可熔材料暴露于能量源的机器中待被补偿的误差。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一平面包括所述机器的构建平面，并且其中，所述修改步骤包括如下步骤：将所述至少一个支柱的三维体积投影到所述第一平面，使得所述第一节点和第二节点处于所述第一平面中；向所述至少一个支柱的所述尺寸应用缩放因数；以及将投影在所述第一平面中的所述三维体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：RL兰东，
申请(专利权)人：史密夫和内修有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US